直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其中所述的底電極結(jié)構(gòu)為復(fù)合底陽極結(jié)構(gòu)，所述的底電極結(jié)構(gòu)包括數(shù)個豎直間隔安裝于爐底的金屬導(dǎo)電元件，所述的金屬導(dǎo)電元件之間的間隔由耐火材料填充，在所述的間隔的下部由不導(dǎo)電耐火材料填充，在所述的間隔的上部由第一導(dǎo)電耐火材料填充，在所述的金屬導(dǎo)電元件頂部鋪置一層第二導(dǎo)電耐火材料，第二導(dǎo)電耐火材料作為熱修補之用。本發(fā)明還涉及該直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。本發(fā)明通過采用導(dǎo)電耐火材料，把金屬型底陽極變成了金屬和導(dǎo)電耐火材料組合起來的復(fù)合底陽極，把不可修補的金屬底陽極變成了可以進行冷態(tài)修補和熱態(tài)修補的底陽極，從而大大提高了底陽極的使用壽命，提高了這種電爐煉鋼的作業(yè)率，降低了煉鋼成本和提高了設(shè)備的利用率。
【專利說明】
直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種直流電弧爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及直流電弧爐底陽極，具體是指一種直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]到目前為止，直流電弧爐有四種類型:
[0003](I)ABB型:整個爐底用導(dǎo)電鎂碳材料砌筑。這種結(jié)構(gòu)有如下不良結(jié)果:a)它的理想狀態(tài)是電流在爐底均勻分布，實際上這是很難做到的。在施工和使用過程中，特別是通過熱補后，爐底很難做到厚度均等和致密度一致。再加上電流有走低電阻通道的特性，因此，造成電爐底電流密度分布不均勻。在爐底中心(石墨陰極正下方)及電阻小的地方，發(fā)熱量(發(fā)熱量Q = V2/R)就大，電流密度就大造成局部過熱，導(dǎo)致了 Mg0+C=Mg(g)+C0(g)的高溫氧化還原反應(yīng)，局部侵蝕過快;b)熔池四周腳下溫度降低，形成了所謂的冷點，這為實踐所證實；c)整個爐底用導(dǎo)電耐火材料砌筑，導(dǎo)熱快，爐底溫度高，特別是中心部位易過熱。該爐的優(yōu)點是可以冷態(tài)和熱態(tài)修補，是底電極的使用壽命很長。
[0004](2)Clecim類型:爐底的中心有I?4根導(dǎo)電金屬棒，鋼棒外端用水冷，爐底其余部分用不導(dǎo)電的鎂鈣質(zhì)干式料。這種結(jié)構(gòu)有如下缺點:a)電流只集中于爐底中心，使?fàn)t底中心過熱和鋼水流動迅速，而爐底電極部分又不可能熱修補，因此底電極使用壽命較低，一般只有500?1500爐次。這中間還要有不少停下生產(chǎn)來維護;b)爐墻腳下更易出現(xiàn)冷點。在短流程電弧爐煉鋼中，由于出鋼溫度較低，往往出現(xiàn)在出鋼時爐墻腳下廢鋼還有未熔化的現(xiàn)象，延長了煉鋼時間，降低了溫度和成分的均勻性;c)因為鋼棒需要水冷，這給安全帶來風(fēng)險。不可修補導(dǎo)致底電極使用壽命低和漏鋼風(fēng)險大是其最凸出的缺點。
[0005](3)MAN-GHH型和(4)V0EST-ALPINE類型，分別為金屬觸針和鋼片分布在爐底。電流在爐底的分布比Clecim好。但是由于電流有走捷徑(低電阻通道)的特性，實際上這種結(jié)構(gòu)爐底的電流密度分布仍然中心高而向外低，再加上電弧在熔池中心燃燒，因此，遠離電弧燃燒點的墻腳仍然出現(xiàn)冷點，于此相應(yīng)中心還會出現(xiàn)熱點(這比Clecim類型的弱)；另一個缺點這種結(jié)構(gòu)底電極也不可能熱補，因此使用壽命較低，也只有500?1200爐次水平。對于MAN-GHH型和V0EST-ALPINE類型的底陽極相比較，因V0EST-ALPINE類型是薄金屬片，不易產(chǎn)生感應(yīng)電流，渦流現(xiàn)象得以很好改善。因此，底電極就不易發(fā)熱。這樣在這兩種底電極中，V0EST-ALPINE類型應(yīng)該更好。
[0006]我們注意到與本發(fā)明相關(guān)的專利“直流電弧爐的底電極”(申請?zhí)?201410425489.7)。該專利的底電極是下部為金屬棒，中部為石墨塊，上部為鎂碳磚。鎂碳磚與石墨塊之間用鎂砂和石墨質(zhì)的搗打料。該專利從下列幾點證明很難成功實施。I)上部的鎂碳磚是否導(dǎo)電沒有說明。這是電極的一部分，不但要求導(dǎo)電，而且要求電阻率要足夠低才行。否則即使鎂碳磚導(dǎo)電，只要導(dǎo)電性不足也不能正常運轉(zhuǎn);2)鎂碳磚與石墨塊之間用鎂砂和石墨組成的料，沒有任何交代。同樣這個材料是否導(dǎo)電，或就是導(dǎo)電，導(dǎo)電性是否滿足作為電極的要求，都沒有交代。這就不能作為電極材料使用，或根本不能保證直流電爐的正常運轉(zhuǎn)，甚至不能運轉(zhuǎn)；3)在鎂碳磚和鎂砂與石墨組成了散料不能運轉(zhuǎn)的情況下，要不導(dǎo)電，要么弱的導(dǎo)電性而隨時可能被擊穿，導(dǎo)致石墨塊暴露在鋼液之中，這樣導(dǎo)致石墨塊很快溶解到鋼液內(nèi)，導(dǎo)致電極下形成一個很大的坑，爐底溫度過高，安全事故可能隨時出現(xiàn);4)石墨塊與金屬棒之間是否形成牢固的靜配合，再加上二者的熱膨脹差異很大，這可能導(dǎo)致很大的界面電阻，因而導(dǎo)致爐底發(fā)熱，導(dǎo)致電極損耗過快，使用壽命很短。總之，這樣的直流電弧爐底陽極要么不能工作，要么即使能工作，可能導(dǎo)致底陽極損耗過快，爐底溫度過高和使用壽命很短。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種能夠提高底電極的使用壽命、且可同時熱修補和冷修補的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用如下:
[0009]本發(fā)明的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其主要特點是，所述的底電極結(jié)構(gòu)為復(fù)合底陽極結(jié)構(gòu)，所述的底電極結(jié)構(gòu)包括數(shù)個豎直間隔安裝于爐底的金屬導(dǎo)電元件，所述的金屬導(dǎo)電元件之間的間隔由耐火材料填充，在所述的間隔的下部由不導(dǎo)電耐火材料填充，在所述的間隔的上部由第一導(dǎo)電耐火材料填充，在所述的金屬導(dǎo)電元件頂部鋪置一層第二導(dǎo)電耐火材料。
[0010]較佳地，所述的金屬導(dǎo)電元件為鋼片或鋼針或者二者復(fù)合。
[0011]較佳地，所述的金屬導(dǎo)電元件的高度大于所述的爐底厚度的2/3。
[0012]較佳地，所述的由不導(dǎo)電耐火材料填充的間隔的高度小于或等于所述的爐底厚度的 1/2。
[0013]較佳地，所述的不導(dǎo)電耐火材料為干式堿性搗打料。
[0014]較佳地，所述的第一導(dǎo)電耐火材料為鎂碳質(zhì)搗打料。
[0015]較佳地，所述的第二導(dǎo)電耐火材料為鎂碳質(zhì)搗打料和熱修補料，且優(yōu)先選用的是導(dǎo)電的鎂碳質(zhì)熱修補料。
[00? 0]較佳地，所述的第一導(dǎo)電耐火材料與金屬導(dǎo)電元件之間的接觸面積(m2)彡0.054X供電流強度(KA)。
[0017]更佳地，所述的鎂碳質(zhì)搗打料碳化后的性能參數(shù)包括:電阻率<3X10—4Ω.πι，體積密度彡2.8g/cm3，耐壓強度彡20MPa，MgO+C彡85 %。
[0018]更佳地，所述的鎂碳質(zhì)熱修補料碳化后的性能參數(shù)包括:電阻率彡3X10—3Ω.m,體積密度彡2.2g/cm3，耐壓強度彡12MPa，MgO+C彡85 %。
[0019]本發(fā)明的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其主要特點是，所述的底電極結(jié)構(gòu)用于煉鋼。
[0020]本發(fā)明的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，即使在熱運轉(zhuǎn)生產(chǎn)過程中，當(dāng)遇到底陽極侵蝕快等情況導(dǎo)致爐底溫度過高時，可以出凈鋼液，用氧槍吹掃干凈底陽極上表面的鋼渣后，將熱修補料投入底陽極上面即可，該熱補料就會在熱的情況下自流平，并碳化，與原來的殘底陽極牢牢結(jié)合在一起。這個過程只有30?60mins。然后就可以進行加料煉鋼。因此，熱補可以根據(jù)具體情況隨時用導(dǎo)電熱修補料對其進行熱態(tài)修補；當(dāng)要更換出鋼口、換渣線等爐子冷卻下來時，可以同時冷修底陽極。當(dāng)爐子冷卻下來后，清理干凈底陽極表面的鋼渣，用導(dǎo)電鎂碳質(zhì)搗打料對其進行搗打，使之達到原始厚度，以維持底陽極的長度和爐底溫度在安全操作水平。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)的主視剖面圖。
[0022]【附圖說明】:
[0023]I 石墨電極(陰極)
[0024]2 爐殼
[0025]3 導(dǎo)電熱修補料
[0026]4 儀碳磚襯
[0027]5 輕質(zhì)鎂磚(永久層)
[0028]6 鎂鈣質(zhì)干式料
[0029]7 導(dǎo)電鎂碳質(zhì)搗打料
[0030]8 金屬電極(鋼針或鋼片)
【具體實施方式】
[0031]為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例來進行進一步的描述。
[0032]本直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其中所述的底電極結(jié)構(gòu)為復(fù)合底陽極結(jié)構(gòu)，所述的底電極結(jié)構(gòu)包括數(shù)個豎直間隔安裝于爐底的金屬導(dǎo)電元件，所述的金屬導(dǎo)電元件之間的間隔由耐火材料填充，在所述的間隔的下部由不導(dǎo)電耐火材料填充，在所述的間隔的上部由第一導(dǎo)電耐火材料填充，在所述的金屬導(dǎo)電元件頂部鋪置一層第二導(dǎo)電耐火材料。
[0033]本發(fā)明所述的金屬導(dǎo)電元件為鋼片或鋼針;所述的金屬導(dǎo)電元件的高度大于所述的爐底厚度的2/3;所述的由不導(dǎo)電耐火材料填充的間隔的高度小于或等于所述的爐底厚度的1/2;所述的不導(dǎo)電耐火材料為鎂鈣質(zhì)干式料;所述的第一導(dǎo)電耐火材料為鎂碳質(zhì)搗打料;所述的第二導(dǎo)電耐火材料為鎂碳質(zhì)搗打料和熱修補料。
[0034]其中所述的導(dǎo)電耐火材料與金屬導(dǎo)電元件之間的接觸面積(m2)彡0.054X供電流強度(KA);所述的鎂碳質(zhì)搗打料碳化后的性能參數(shù)包括:電阻率<3 X 10—4 Ω.m，體積密度彡2.8g/cm3，耐壓強度彡20MPa，MgO+C彡85 % ;所述的鎂碳質(zhì)熱修補料碳化后的性能參數(shù)包括:電阻率彡3 X 10—3 Ω.m，體積密度彡2.2g/cm3，耐壓強度彡12MPa，Mg0+C彡85%。
[0035]本發(fā)明的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其中所述的底電極結(jié)構(gòu)用于煉鋼。
[0036]實施例1:
[0037]對1t鋼針式直流電弧爐，當(dāng)安裝好金屬陽極鋼針后，搗打厚度350mm的干式鎂鈣質(zhì)搗打料6，值得指出的是，為了致密化，每次加料厚度不得大于100mm，要用專門震動搗打設(shè)備進行搗打施工。然后添加鎂碳質(zhì)導(dǎo)電搗打料7進行施工，鎂碳質(zhì)導(dǎo)電搗打料與鋼針重合厚度為300mm，在鋼針以上再搗打?qū)щ姷逆V碳質(zhì)搗打料50mm厚。搗打施工方法同干式鎂鈣質(zhì)搗打料。一定要打密實。這不但對抗侵蝕而且對導(dǎo)電性都有重要意義。然后砌筑鎂碳磚爐襯，再用干式鎂鈣質(zhì)搗打料搗打電爐周邊及斜坡。這樣就可以添加煉鋼原料、供電進行煉鋼了。在底電極接銅板風(fēng)冷或自然冷卻的條件下，爐底外表面溫度可在250°C，運轉(zhuǎn)到一定爐次后，對該爐子也進行了熱態(tài)修補，情況良好，該電爐處于正常運行狀態(tài)。
[0038]實施例2:
[0039]當(dāng)安裝好金屬陽極鋼片后，搗打厚度400_的干式鎂鈣質(zhì)搗打料6，值得指出的是，為了致密化，每次加料厚度不得大于100mm，要用專門震動搗打設(shè)備進行搗打施工。然后添加鎂碳質(zhì)導(dǎo)電搗打料7進行施工，鎂碳質(zhì)導(dǎo)電搗打料與鋼片重合厚度為200mm，在鋼片以上再搗打鎂碳質(zhì)搗打料200mm厚。搗打施工方法同干式鎂鈣質(zhì)搗打料。一定要打密實。這不但對抗侵蝕而且對導(dǎo)電性都有重要意義。然后砌筑鎂碳磚爐襯，再用干式鎂鈣質(zhì)搗打料搗打電爐周邊及斜坡。這樣就可以添加煉鋼原料、供電進行煉鋼了。在底電極接銅板風(fēng)冷或自然冷卻的條件下，爐底外表面溫度可在300°C以下，側(cè)墻表面溫度可在350°C以下，可使電爐正常運行。
[°04°]金屬導(dǎo)電元件與鎂碳質(zhì)耐火材料導(dǎo)電元件之間的接觸面積(m2)X).054 X供電流強度(KA)，這可以有效防止底電極發(fā)熱，能夠安全工作。導(dǎo)電鎂碳質(zhì)搗打料，碳化后性能是:電阻率彡3X10—4Ω.m，體積密度彡2.8g/cm3，耐壓強度彡20MPa，Mg0+C彡85%，它主要用于冷態(tài)搗打施工以延長底電極的使用壽命。導(dǎo)電的鎂碳質(zhì)熱補料，其特征是碳化后性能是:電阻率彡3 X 10—3 Ω.πι，體積密度彡2.2g/cm3，耐壓強度彡12MPa，Mg0+C彡85%，它主要用于熱態(tài)投補，在煉鋼熱態(tài)下，投入該料，可以熱自流平，填補侵蝕嚴(yán)重的坑凹出，熱態(tài)加長底電極，在不停爐生產(chǎn)的情況下，延長底電極的使用壽命。
[0041 ]本發(fā)明的直流電弧爐爐底電極的結(jié)構(gòu)用不導(dǎo)電的隔熱和耐侵蝕的鎂鈣質(zhì)干式料填充導(dǎo)電鋼針或鋼片之間的間隙，并搗打致密化，起到隔熱和耐侵蝕的作用，同時保護了陽極鋼片和鋼針，該料層厚度由供電強度決定，一般為整個爐底厚度的50%。再往上的爐底和鋼片或鋼針之間的間隙用導(dǎo)電的鎂碳質(zhì)搗打料填塞并搗打而成。這樣的底電極的下部分是靠鋼針或鋼片導(dǎo)電，中部為導(dǎo)電鎂碳搗打料和鋼針或鋼片混合型導(dǎo)電，因為是散裝的具有塑性的搗打料，導(dǎo)致導(dǎo)電鎂碳搗打料與金屬鋼片或鋼針界面結(jié)合致密，界面電阻很小。上部就是鎂碳質(zhì)搗打料進行導(dǎo)電。這樣的直流電弧爐的底電極因可以用導(dǎo)電搗打料7進行冷修，也可以隨時用導(dǎo)電熱補料3進行熱補，這就同交流電爐一樣，爐底電極壽命可控，不會因為底電極而停爐和影響設(shè)備作業(yè)率。同時也可以降低耐火材料單耗，對降低成本提高安全性具有重要意義。
[0042]本發(fā)明就是把鋼針型和鋼片型的金屬底陽極型的直流煉鋼電弧爐變?yōu)榭梢岳鋺B(tài)和熱態(tài)修補的導(dǎo)電耐火材料型直流煉鋼電弧爐。這樣可以顯著提高底陽極的使用壽命，對提高煉鋼效率和降低成本具有顯著的效果。
[0043]本發(fā)明的目的通過下列途徑實現(xiàn):(I)把鋼針或鋼片型底陽極的中上部不用鎂鈣質(zhì)干式搗打料，而用導(dǎo)電的鎂碳質(zhì)搗打料。(2)在熱運轉(zhuǎn)過程中，即在生產(chǎn)過程中，當(dāng)遇到底陽極侵蝕快等情況導(dǎo)致爐底溫度過高時，可以出凈鋼液，用氧槍吹掃干凈底陽極上表面的鋼渣后，將熱修補料投入底陽極上面即可，該熱補料就會在熱的情況下自流平，并碳化，與原來的殘底陽極牢牢結(jié)合在一起。這個過程只有30?60mins。然后就可以進行加料煉鋼。因此，熱補可以根據(jù)具體情況隨時用導(dǎo)電熱修補料對其進行熱態(tài)修補；(3)當(dāng)要更換出鋼口、換渣線等爐子冷卻下來時，可以同時冷修底陽極。當(dāng)爐子冷卻下來后，清理干凈底陽極表面的鋼渣，用導(dǎo)電鎂碳質(zhì)搗打料對其進行搗打，使之達到原始厚度，以維持底陽極的長度和爐底溫度在安全操作水平。
[0044]本發(fā)明的優(yōu)點在于:通過采用導(dǎo)電耐火材料，把金屬型底陽極變成了金屬和導(dǎo)電耐火材料組合起來的復(fù)合底陽極。這樣就把不可修補的金屬底陽極變成了可以進行冷態(tài)修補和熱態(tài)修補的底陽極，從而大大提高了底陽極的使用壽命。這樣，就提高了這種電爐煉鋼的作業(yè)率，降低了煉鋼成本和提高了設(shè)備的利用率。
[0045]在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書應(yīng)被認為是說明性的而非限制性的。
【主權(quán)項】
1.一種直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的底電極結(jié)構(gòu)為復(fù)合底陽極結(jié)構(gòu)，所述的底電極結(jié)構(gòu)包括數(shù)個豎直間隔安裝于爐底的金屬導(dǎo)電元件，所述的金屬導(dǎo)電元件之間的間隔由耐火材料填充，在所述的間隔的下部由不導(dǎo)電耐火材料填充，在所述的間隔的上部由第一導(dǎo)電耐火材料填充，在所述的金屬導(dǎo)電元件頂部鋪置一層第二導(dǎo)電耐火材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的金屬導(dǎo)電元件為鋼片或鋼針或者二者復(fù)合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的金屬導(dǎo)電元件的高度大于所述的爐底厚度的2/3。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的由不導(dǎo)電耐火材料填充的間隔的高度小于或等于所述的爐底厚度的1/2。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的不導(dǎo)電耐火材料為干式堿性耐火搗打料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第一導(dǎo)電耐火材料為鎂碳質(zhì)搗打料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第二導(dǎo)電耐火材料為鎂碳質(zhì)搗打料和熱修補料，且優(yōu)先選用的是導(dǎo)電的鎂碳質(zhì)熱修補料。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第一導(dǎo)電耐火材料與金屬導(dǎo)電元件之間的接觸面積(m2)彡0.054 X供電流強度(KA)。9.根據(jù)權(quán)利要求6或7任一項中所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的鎂碳質(zhì)搗打料碳化后的性能參數(shù)包括:電阻率彡3 X 10—4 Ω.m，體積密度彡2.8g/cm3，耐壓強度彡 20MPa，Mg0+C 彡 85%。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的鎂碳質(zhì)熱修補料碳化后的性能參數(shù)包括:電阻率彡3 X 1—3 Ω.m，體積密度彡2.2 g / c m3，耐壓強度彡12MPa，MgO+C 彡 85%。11.一種權(quán)利要求1至10中任一項所述的直流電弧爐底電極結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其特征在于，所述的底電極結(jié)構(gòu)用于煉鋼。
【文檔編號】C21C5/52GK106091671SQ201610545796
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】田守信, 藍振華, 柯美亞, 趙玲娣, 王禮瑋
【申請人】上海彭浦特種耐火材料廠有限公司, 上?？氯鹨苯馉t料有限公司, 山東柯信新材料有限公司